汽车电子电气第03章起动机

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020年5月29日星期五,#,11 十一月 2024,汽车电子电气第03章起动机,典型起动机的结构,3.1,起动机的结构及工作原理,3.1.1,直流电动机,1.,直流电动机的构造,直流电动机主要由,机壳、磁极、电枢、换,向器及电刷,等部分组成。,（1）机壳,（2）磁极,磁极是由固定在机壳上的铁芯和装在铁芯,上的磁场绕组组成。磁极的作用是建立电动机,的电磁场。,磁场绕组的接法,a,）四个绕组相互串联,b,）四个绕组两串两并,（3）电枢,电枢是产生转矩的核心部件，由外圆带槽,的硅钢片叠成的铁芯和嵌装在铁芯槽内的电抠,绕组组成。,（4）换向器,换向器的作用是连接磁场绕组、电枢绕组,和电源，并保证电枢产生的电磁力矩方向不,变，使电枢轴能输出固定方向的转矩。,（5）电刷,作用是将电流引入电动机。,（6）端盖,起动机有前后两个端盖。,2.,直流电动机的工作原理,（1）基本原理,直流电动机是将电,能转变为机械能的,设备，它是根据,通,电导体在磁场中受,到电磁力作用,这一,基本原理进行工作,的，其原理示意如,图所示。,（,2,）直流电动机的转矩,n,n,n,n,直流电动机转矩的大小，与电枢电流及磁极,磁通的乘积成正比，可由下式表示：,M,=,C,m,I,S,式中,Cm,电机常数，与电动机的磁极对,数,P,、电枢绕组总根数,Z,及电枢绕组电路的支,路对数有关（,Cm=PZ,/2）；,IS,电枢电流；,磁极磁通。,（,3,）转矩自动调节原理,n,n,n,在直流电动机通电时，产生电磁转矩，使电枢,旋转，然而电枢旋转时，其绕组又会切割磁力,线，按电磁感应理论，在电枢绕组中又会产生,感应电动势，该电动势恰好与外加电枢电流方,向相反，因此称为反电动势，其大小为：,E,f,=,C,e,n,式中,Ce,与电机结构有关的常数,（,Ce,=,PZ,/60）；,n,电动机转速。,n,n,n,由于反电动势的存在，直流电源加在电枢上的,电压，一部分用来平衡反电动势，另一部分则,降落在电枢绕组的电阻上，称为电压平衡方程,式，即,U,=,E,f,+,I,s,R,s,式中,RS,电枢回路的电阻，它包括电枢绕,组的电阻以及电刷与换向器的接触电阻。,可求出电枢电流：,U,C,e,n,R,s,=,U,E,f,R,s,I,s,=,n,n,当电动机的负载增加时，由于电枢轴上的阻力,矩增大，电枢转速降低，而使反电动势随之减,小，电枢电流则增大，因此，电动机转矩将随,之增大，并且直到电动机的转矩增大到与阻力,矩相等时为止，这时电动机将在新的负载下以,新的较低的转速平稳运转。反之，当电动机的,负载减小时，电枢转速上升，反电动势增大，,则电枢电流减小，电动机转矩相应减小，直至,电动机的转矩减小到与阻力矩相等时为止，电,动机则在较高转速下稳定运转。,可见，当负载发生变化时，电动机的转速、电,流和转矩将会自动地作相应的变化，以满足负,载的要求。这就是直流串激式电动机的,转矩自,动调节原理,。,3.1.2,传动机构,n,n,n,传动机构包括,单向离合器和拨叉,等。,单向离合器起着单向传递扭矩将发动机起,动，同时又能在起动后自动打滑，以防止发,动机起动后飞轮带动起动机电枢高速飞转而,造成事故的作用。,拨叉的作用是与移动衬套一起使单向离合器,做轴向移动，将驱动齿轮与发动机飞轮啮,合。,常用的单向离,合器有,滚柱式、摩,擦片式和弹簧式,三,种。,1.,滚柱式单向离合器,滚柱式单向离合器,2.,摩擦片式单向离合器,3.,弹簧式单向离合器,3.1.3,电磁式控制装置,n,n,n,一般称之为起动机的电磁开关，它与电磁式拨,叉合装在一起，利用挡铁,控制起动机驱动齿轮,与飞轮的啮合与分离,。,用按钮或钥匙控制电磁铁，再由电磁铁控制主,电路开关，以,接通或切断主电路,。,电磁开关主要由,活动铁心、保持线圈、吸引线,圈、接触盘、拨叉,等组成。,黄河,JNl50,型汽车用,ST614,型起动机,n,具体工作过程分析,3.1.4,起动机的特性,1.,直流串激式电动机的特性,（1）转矩特性,n,n,n,转矩特性是指电动机的电磁转矩随电枢电流变化的关,系，即,M=f,（,IS,）。,由于串激式直流电动机的磁场绕组与电枢绕组串联，,故电枢电流与激磁电流相等。,在磁路未饱和时，磁通与电枢电流,IS,成正比，即,=C1Is,。所以电动机转矩为：,M=Cm,IS=CmC1IS2=CIS2,式中,C,常数，,C=Cm,C1,；,IS,电枢电流；,n,磁路饱和后：,=,常,数，电动机转矩为：,M=CmIS,n,由上面两个公式可知，,串激式直流电动机的电,磁转矩在磁路未饱和,时，与电枢电流的平方,成正比；在磁路饱和,后，磁通几乎不变，,电磁转矩才与电枢电流,成线性关系，如图所,示。,n,这是串激式直流电动机的一个重要特点，即在,电枢电流相同的情况下串激式直流电动机的转,矩要比并激式直流电动机大。特别在起动的瞬,间，由于发动机的阻力矩很大，起动机处于完,全制动的情况下，,n,=0，反电动势,Ef,0。此时,电枢电流将达最大值（称为制动电流），产生,最大转矩（称为制动转矩），从而使发电机易,于起动。这是,起动机采用串激电动机的主要原,因之一,。,U,I,S,(,R,S,+,R,L,),C,m,（,2,）机械特性,n,n,n,电动机转速随转矩而变化的关系，称为机械特,性，即=,f,（,M,）。,在串激式直流电动机中，由电压平衡方程式可,得：,n,=,在磁路未饱和时，由于不是常数，,I,S增大时,也增大，故转速,n,将随,Is,的增加而显著下降，又,由于转矩,M,正比于电枢电流,Is,的平方，所以串激,式直流电动机的转速随转矩的增加而迅速下,降，如下图所示，即具有软的机械特性。,n,n,由于串激直流电动机具有,软的机械特性，即轻载时,转速高、重载时转速低，,故对起动发动机十分有,利。因为重载时转速低，,可使起动安全可靠，这是,起动机采用串激式直流电,动机的又一原因,。,串激直流电动机在轻载时,转速很高，易造成电机,“飞车”事故。因此对于,功率较大的串激直流电动,机不允许在轻载或空载下,运行。,2.,起动机的特性曲线,n,起动机的转,矩、转速、功,率与电流的关,系称为起动机,的特性曲线，,如图所示为,QDl24型起动机,的特性曲线。,由图可见：,n,n,n,n,发动机即将起动时，即起动机刚接入瞬间，此时0，,电流最大(称为制动电流)，转矩也达最大值(称为制动,扭矩)。,在起动机空转时，电流Is最小(称为空转电流)，转速达,最大值(称为空转转速)。,在起动电流接近制动电流的一半时，起动机的功率最,大。因此在完全制动(0)和空载(,M,=,0)时起动机的功,率都等于零。当电流为制动电流的一半时，起动机能,发出最大功率。,由于起动机运转时间很短，允许它以最大功率运转，,所以把,起动机的最大输出功率称为起动机的额定功,率,。,3.2,起动机基本参数的选择,1.,起动机功率的选择,式中,P,起动机功率，单位为,kW,；,MQ,发动机的起动阻力矩，单位为,N,m,；,nQ,最低起动转速，单位为,r/min,。,n,n,发动机的起动阻力矩,是指在最低起动转速时的,发动机阻力矩。,发动机的最低起动转速,是指保证发动机可靠起,动的曲轴最低转速。,M,Q,n,Q,9549.3,P,=,2.,传动比的选择,n,n,最佳传动比的计算,传动比的实际选择,3.,蓄电池容量的确定,式中,C,蓄电池额定容量，单位为A.h；,P,起动机额定功率，单位为kW；,U,起动机额定电压，单位为V。,P,U,C,=,(600,800),3.4,典型起动机的结构及工作原理,3.4.1,起动机的分类,n,n,n,n,电磁控制强制啮合式,电枢移动式,齿轮移动式,目前应用较多的是电磁控制磁性啮合式,起动机。,3.4.2,电磁控制强制啮合式起动机,1.,丰田车用常规式起动机,工作原理,2.,国产,QDl24,型起动机,发动机起动时，将点火开关3,旋至起动档位，起动继电,器线圈有电流通过，吸下可动触点臂，使继电器触点闭,合，从而接通了电磁开关线圈的电路,。,n,n,n,n,起动继电器触点l闭合，接通电磁开关电路。两个线圈的电,流同方向产生合成电磁力将电磁铁心15吸入，在起动机缓慢,转动之下，拨叉19推出滚柱式离合器20，使驱动齿轮21柔和,地啮入飞轮齿环。当驱动齿轮与飞轮齿环接近完全啮合时，,电磁铁心15推动接触盘10将起动机的主电路接通，起动机便,以正常转速起动发动机。,主电路接通时，吸引线圈13被短接，齿轮的啮合靠保持线圈,14产生的电磁力维持在吸合位置。,当发动机起动后，离合器开始打滑，松开点火开关钥匙即自,动转回到点火档位，起动继电器线圈断电，触点1跳开，使,电磁开关两个线圈串联，吸引线圈13流过反向电流，加速电,磁力的消失。,由于电磁开关电磁力迅速消失，电磁铁心15和活动杆11在回,位弹簧作用下返回。接触盘10先离开主接线柱4、5，触头切,断了起动机与蓄电池之间的电路，点火线圈附加电阻也随即,接入点火系。最后拨叉将打滑的离合器拨回，驱动齿轮便脱,离了飞轮齿环，起动机完成起动工作。,3.4.3,新型起动机,1.,电枢移动式起动机,电枢移动式起动机的,工作过程分为两个阶段，,串联辅助励磁绕组主要在,第一阶段工作，第二阶段,中由于与主磁场绕组并联,而几乎被短路；并联辅助,励磁绕组则在两个阶段中,都工作，不但可以增大吸,引电抠的磁力，而且可以,起限制空载转速的作用。,2.,减速式起动机,n,n,减速式起动机与普通的带电磁开关的强制啮,合式起动机没有本质的区别，只是在起动机,电枢和驱动齿轮之间增加了一套,减速机构,，,因此可将起动机电枢的工作转速设计得较,高，然后通过减速机构使驱动齿轮的转速降,低并使,转矩增加,。,减速起动机的减速装置有,内啮合式、外啮合,式和行星齿轮式(同轴式),三种型式。,（,1,）内啮合减速式起动机,QD254,减速,起动,机的,工作,原理,（,2,）行星齿轮减速式起动机,12VDW1.4,型永磁减速式起动机,行星齿轮减速装置的啮合关系,（,3,）外啮合减速式起动机,丰田车用减速式起动机的结构,丰田车用减速式起动机的原理示意图,3.5,起动系统常见故障及诊断,3.5.1,起动机不转,n,n,故障现象,起动时，接通起动开关，起动机不转动，无,动作迹象。,故障原因,2）起动机故障,4）点火开关故障,1）电源故障,3）起动继电器故障,5）起动系控制线路故障,n,故障诊断,3.5.2,起动机运转无力,n,n,n,故障现象,起动时，驱动齿轮能啮人飞轮齿环，,但起动机转速明显偏低甚至停转。,故障原因,1）电源故障,2）起动机故障,故障诊断,3.5.3,起动机空转,n,n,n,故障现象,起动时，起动机转动，但发动机不,转。,故障原因,单向离合器打滑；飞轮齿环的某一部,分严重缺损。,故障诊断,3.5.4,驱动齿轮与飞轮齿环撞击,n,n,n,故障现象,起动时可听到驱动齿轮与飞轮齿环的金,属碰击声，驱动齿轮不能啮入。,故障原因,电磁开关触点接通的时间过早，驱动齿,轮在啮人以前就已高速旋转起来；飞轮,环齿磨损严重或驱动齿轮磨损严重。,故障诊断,3.5.5,电磁开关吸合不牢,n,n,n,故障现象,起动时发动机不转，可听到驱动齿轮轴,向来回窜动的声响。,故障原因,蓄电池亏电或起动机电源线路有接触不,良之处；起动继电器的断开电压过高；,电磁开关保持线圈断路、短路或搭铁。,故障诊断,3.6,起动机的试验与调整,3.6.1,空载试验,n,n,空载试验的,目的,是测量起动机的空载电流和,空载转速并与标准值比较，以判断起动机内,部有无电路和机械故障。,将起动机夹在虎钳上，按下图接线。接通起,动机电路（每次试验不要超过1min，以免起,动机过热），起动机应运转均匀、电刷下无,火花。记下电流表、电压表的读数，并用转,速表测量起动机转速，其值应符合规定。,若电流大于标准值，而转速低于标准值，表明,起动机装配过紧或电枢绕